JP2020065013A - End point detection method and end point detection device - Google Patents

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Abstract

To improve S/N and improve the accuracy of plasma processing endpoint detection.SOLUTION: An end point detection method when plasma processing is applied to a substrate includes: a step of monitoring a change in emission spectrum signal of a predetermined wavelength by emission spectrometry; a step of monitoring a change in mass spectrum signal of a predetermined component by mass spectrometry; a step of performing calculation using the change in the monitored emission spectrum signal and the change in the mass spectrum signal; and a step of detecting the end point of the plasma processing on the basis of the signal calculated by the above calculation.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本開示は、終点検出方法および終点検出装置に関する。   The present disclosure relates to an end point detection method and an end point detection device.

発光分析法を用いた終点検出方法では、被エッチング対象膜に形成された低開口率の凹部をプラズマエッチングする際、ターゲットとなる波長の発光強度信号の変位に対するノイズの比が高いため、当該信号の変化の検知が難しいことがある。この結果、高いＳ／Ｎで安定して終点を検出することが困難となる。   In the end point detection method using the optical emission analysis method, when the low aperture ratio concave portion formed in the film to be etched is plasma-etched, the ratio of noise to the displacement of the emission intensity signal of the target wavelength is high, so that signal It may be difficult to detect changes in the. As a result, it becomes difficult to stably detect the end point with a high S / N.

これに対して、特許文献１は、プラズマエッチング処理をモニターする質量分析器と発光分析器とによる終点検出をそれぞれ認定し、これらの分析器が両方とも終点を検出した場合、プラズマエッチング処理の適正な終点が検出されたと判定する。   On the other hand, Patent Document 1 certifies the end point detection by the mass analyzer and the emission analyzer that monitor the plasma etching process, and when both of these analyzers detect the end point, the plasma etching process is appropriate. It is determined that a different end point has been detected.

特開２００１−２５０８１２号公報JP 2001-250812 A

本開示は、Ｓ／Ｎを改善し、プラズマ処理の終点検出の精度を向上させる終点検出方法および終点検出装置を提供する。   The present disclosure provides an endpoint detection method and an endpoint detection device that improve S / N and improve the accuracy of endpoint detection in plasma processing.

本開示の一の態様によれば、基板にプラズマ処理を施す際の終点検出方法であって、発光分析法により所定の波長の発光スペクトルの信号の変化をモニターする工程と、質量分析法により所定の成分の質量スペクトルの信号の変化をモニターする工程と、モニターした前記発光スペクトルの信号の変化と前記質量スペクトルの信号の変化とを用いた演算を行う工程と、前記演算により算出された信号に基づきプラズマ処理の終点を検出する工程と、を有する終点検出方法が提供される。   According to one aspect of the present disclosure, there is provided a method for detecting an end point when plasma processing is performed on a substrate, which comprises a step of monitoring a change in a signal of an emission spectrum of a predetermined wavelength by an emission analysis method, and a predetermined method by a mass spectrometry method. Monitoring the change in the signal of the mass spectrum of the component of, the step of performing an operation using the monitored change of the signal of the emission spectrum and the change of the signal of the mass spectrum, the signal calculated by the operation Detecting the end point of the plasma treatment based on the plasma processing step.

一の側面によれば、Ｓ／Ｎを改善し、プラズマ処理の終点検出の精度を向上させることができる。   According to one aspect, it is possible to improve S / N and improve the accuracy of detecting the end point of plasma processing.

一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図。The figure which shows the plasma processing apparatus which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る積層膜を示す図。The figure which shows the laminated film which concerns on one Embodiment. 第１実施形態に係るカーボン膜の終点検出処理を示すフローチャート。6 is a flowchart showing a carbon film end point detection process according to the first embodiment. 第１実施形態に係るシリコン酸化膜の終点検出処理を示すフローチャート。3 is a flowchart showing a silicon oxide film end point detection process according to the first embodiment. 一実施形態に係るカーボン膜エッチング時のモニター結果、正規化した波形、発光変化と質量変化の演算結果を示す図。The figure which shows the monitoring result at the time of carbon film etching which concerns on one Embodiment, the normalized waveform, and the calculation result of light emission change and mass change. 一実施形態に係るＳ／Ｎの算出方法を示す図。The figure which shows the calculation method of S / N which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る発光変化と質量変化の演算によるＳ／Ｎの改善例を示す図。The figure which shows the example of improvement of S / N by the calculation of the light emission change and mass change which concern on one Embodiment. 一実施形態に係るシリコン酸化膜エッチング時のモニター結果、正規化した波形、発光変化と質量変化の演算結果を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a monitoring result, a normalized waveform, and a calculation result of a light emission change and a mass change at the time of etching a silicon oxide film according to an embodiment. 第２実施形態に係るカーボン膜の終点検出処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the end point detection process of the carbon film which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係るシリコン酸化膜の終点検出処理を示すフローチャート。9 is a flowchart showing a silicon oxide film end point detection process according to the second embodiment.

以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。   Hereinafter, modes for carrying out the present disclosure will be described with reference to the drawings. In this specification and the drawings, substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals, and duplicate description is omitted.

［プラズマ処理装置の全体構成］
まず、プラズマ処理装置１の一例について、図１を参照しながら説明する。本実施形態にかかるプラズマ処理装置１は、容量結合型の平行平板プラズマ処理装置であり、略円筒形の処理容器２を有している。処理容器２の内面には、アルマイト処理（陽極酸化処理）が施されている。処理容器２の内部は、プラズマによりエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理が行われる処理室となっている。 [Overall configuration of plasma processing apparatus]
First, an example of the plasma processing apparatus 1 will be described with reference to FIG. The plasma processing apparatus 1 according to the present embodiment is a capacitively coupled parallel plate plasma processing apparatus, and has a substantially cylindrical processing container 2. The inner surface of the processing container 2 is anodized (anodized). The inside of the processing container 2 is a processing chamber where plasma processing such as etching processing and film forming processing is performed by plasma.

ステージ３は、基板の一例である半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）を載置する。ステージ３は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成されている。ステージ３は下部電極としても機能する。   On the stage 3, a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”), which is an example of a substrate, is placed. Stage 3 is formed of, for example, aluminum (Al), titanium (Ti), silicon carbide (SiC), or the like. The stage 3 also functions as a lower electrode.

ステージ３の上側には、ウェハＷを静電吸着するための静電チャック（ＥＳＣ）１０が設けられている。静電チャック１０は、絶縁体１０ｂの間にチャック電極１０ａを挟み込んだ構造になっている。チャック電極１０ａには直流電源３０が接続されている。スイッチ３１の開閉により直流電源３０からチャック電極１０ａに直流電圧が印加されると、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０に吸着される。   An electrostatic chuck (ESC) 10 for electrostatically attracting the wafer W is provided on the upper side of the stage 3. The electrostatic chuck 10 has a structure in which a chuck electrode 10a is sandwiched between insulators 10b. A DC power supply 30 is connected to the chuck electrode 10a. When a DC voltage is applied to the chuck electrode 10 a from the DC power supply 30 by opening / closing the switch 31, the wafer W is attracted to the electrostatic chuck 10 by the Coulomb force.

静電チャック１０の外周側には、ウェハＷの外縁部を囲うように円環状のエッジリング１１（フォーカスリングともいう）が載置される。エッジリング１１は、例えば、シリコンから形成され、処理容器２においてプラズマをウェハＷの表面に向けて収束し、プラズマ処理の効率を向上させるように機能する。   On the outer peripheral side of the electrostatic chuck 10, an annular edge ring 11 (also called a focus ring) is placed so as to surround the outer edge of the wafer W. The edge ring 11 is made of, for example, silicon, and functions to improve the efficiency of plasma processing by converging plasma in the processing container 2 toward the surface of the wafer W.

ステージ３の下側は、支持体１２になっており、これにより、ステージ３は処理容器２の底部に保持される。支持体１２の内部には、冷媒流路１２ａが形成されている。チラーユニット３６から出力された例えば冷却水やブライン等の冷却媒体（以下、「冷媒」ともいう。）は、冷媒入口配管１２ｂ、冷媒流路１２ａ、冷媒出口配管１２ｃと流れ、循環する。このようにして循環する冷媒により、金属から構成されるステージ３は抜熱され、冷却される。   The lower side of the stage 3 is a support 12, which holds the stage 3 at the bottom of the processing container 2. A coolant channel 12 a is formed inside the support 12. A cooling medium (hereinafter, also referred to as “refrigerant”) such as cooling water or brine output from the chiller unit 36 flows through the refrigerant inlet pipe 12b, the refrigerant flow passage 12a, and the refrigerant outlet pipe 12c to circulate. The thus-circulated refrigerant removes heat from the stage 3 made of metal and cools it.

伝熱ガス供給源３７は、ヘリウムガス（Ｈｅ）等の伝熱ガスを伝熱ガス供給ライン１６に通して静電チャック１０の表面とウェハＷの裏面との間に供給する。かかる構成により、静電チャック１０は、冷媒流路１２ａに循環させる冷媒と、ウェハＷの裏面に供給する伝熱ガスとによって温度制御される。この結果、ウェハＷを所定の温度に制御することができる。   The heat transfer gas supply source 37 supplies a heat transfer gas such as helium gas (He) through the heat transfer gas supply line 16 between the front surface of the electrostatic chuck 10 and the back surface of the wafer W. With such a configuration, the temperature of the electrostatic chuck 10 is controlled by the coolant circulated in the coolant channel 12a and the heat transfer gas supplied to the back surface of the wafer W. As a result, the wafer W can be controlled to a predetermined temperature.

ステージ３には、第１周波数のプラズマ生成用の高周波電力ＨＦを供給する第１高周波電源３２が第１整合器３３を介して接続されている。また、ステージ３には、第２周波数のバイアス電圧発生用の高周波電力ＬＦを供給する第２高周波電源３４が第２整合器３５を介して接続されている。第１周波数は、例えば４０ＭＨｚであってもよい。また、第２周波数は、第１周波数よりも低く、例えば１３．５６ＭＨｚであってもよい。本実施形態では、高周波電力ＨＦは、ステージ３に印加されるが、ガスシャワーヘッド２０に印加されてもよい。   A first high frequency power supply 32 that supplies high frequency power HF for plasma generation at a first frequency is connected to the stage 3 via a first matching unit 33. Further, a second high frequency power supply 34 that supplies a high frequency power LF for generating a bias voltage of a second frequency is connected to the stage 3 via a second matching unit 35. The first frequency may be 40 MHz, for example. The second frequency may be lower than the first frequency, and may be 13.56 MHz, for example. Although the high frequency power HF is applied to the stage 3 in the present embodiment, it may be applied to the gas shower head 20.

第１整合器３３は、第１高周波電源３２の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第２整合器３５は、第２高周波電源３４の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第１整合器３３は、処理容器２内にプラズマが生成されているときに第１高周波電源３２の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。第２整合器３５は、処理容器２内にプラズマが生成されているときに第２高周波電源３４の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。   The first matching unit 33 matches the load impedance to the internal (or output) impedance of the first high frequency power supply 32. The second matching unit 35 matches the load impedance to the internal (or output) impedance of the second high frequency power supply 34. The first matching box 33 functions so that the internal impedance of the first high-frequency power supply 32 and the load impedance apparently match when plasma is generated in the processing container 2. The second matching unit 35 functions so that the internal impedance of the second high frequency power supply 34 and the load impedance apparently match when plasma is generated in the processing container 2.

ガスシャワーヘッド２０は、その外縁部を被覆するシールドリング２１を介して処理容器２の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。ガスシャワーヘッド２０には、可変直流電源２６が接続され、可変直流電源２６から負の直流電圧（ＤＣ）が出力される。ガスシャワーヘッド２０は、シリコンにより形成されていてもよい。ガスシャワーヘッド２０は、ステージ３（下部電極）に対向する対向電極（上部電極）としても機能する。   The gas shower head 20 is attached so as to close the opening of the ceiling of the processing container 2 via a shield ring 21 that covers the outer edge of the gas shower head 20. A variable DC power supply 26 is connected to the gas shower head 20, and a negative DC voltage (DC) is output from the variable DC power supply 26. The gas shower head 20 may be made of silicon. The gas shower head 20 also functions as a counter electrode (upper electrode) that faces the stage 3 (lower electrode).

ガスシャワーヘッド２０には、ガスを導入するガス導入口２２が形成されている。ガスシャワーヘッド２０の内部にはガス導入口２２から分岐したセンター側の拡散室２４ａ及びエッジ側の拡散室２４ｂが設けられている。ガス供給源２３から出力されたガスは、ガス導入口２２を介して拡散室２４ａ、２４ｂに供給され、拡散室２４ａ、２４ｂにて拡散されて複数のガス供給孔２５からステージ３に向けて導入される。   The gas shower head 20 has a gas inlet 22 for introducing gas. Inside the gas shower head 20, a center side diffusion chamber 24a and an edge side diffusion chamber 24b branched from the gas inlet 22 are provided. The gas output from the gas supply source 23 is supplied to the diffusion chambers 24a and 24b through the gas introduction port 22, diffused in the diffusion chambers 24a and 24b, and introduced from the plurality of gas supply holes 25 toward the stage 3. To be done.

処理容器２の底面には排気口１８が形成されており、排気口１８に接続された排気装置３８によって処理容器２内が排気される。これにより、処理容器２内を所定の真空度に維持することができる。処理容器２の側壁にはゲートバルブ１７が設けられている。ゲートバルブ１７は、ウェハＷを処理容器２へ搬入したり、処理容器２からウェハＷを搬出したりする際に開閉する。   An exhaust port 18 is formed on the bottom surface of the processing container 2, and the inside of the processing container 2 is exhausted by an exhaust device 38 connected to the exhaust port 18. As a result, the inside of the processing container 2 can be maintained at a predetermined degree of vacuum. A gate valve 17 is provided on the side wall of the processing container 2. The gate valve 17 is opened / closed when the wafer W is loaded into the processing container 2 or is unloaded from the processing container 2.

発光分析器５０（ＯＥＳ：optical emission spectrometer）は、発光分析法によりプラズマ光の所定の波長の発光スペクトルの信号の変化をモニターする。発光分析器５０は、プラズマ光取得用の窓５２に隣接して処理容器２の側壁に配置される。発光分析器５０は、窓５２を介してプラズマ処理中の特定の活性種の発光スペクトルの信号の変化をモニターする。   An optical emission spectrometer (OES) 50 monitors changes in the signal of the emission spectrum of plasma light at a predetermined wavelength by an emission analysis method. The emission analyzer 50 is arranged on the side wall of the processing container 2 adjacent to the plasma light acquisition window 52. The emission analyzer 50 monitors the change in the emission spectrum signal of a specific active species during plasma processing through the window 52.

質量分析器５１（ＱＭＳ：quadrupole mass spectrometer）は、質量分析法により所定の成分の質量スペクトルの信号の変化をモニターする。質量分析器５１は、処理容器２の側壁に隣接して配置され、プラズマ処理中の処理容器２内のガスの所定の成分の質量スペクトルの変化をモニターする。   A mass spectrometer 51 (QMS: quadrupole mass spectrometer) monitors a change in a signal of a mass spectrum of a predetermined component by mass spectrometry. The mass spectrometer 51 is arranged adjacent to the side wall of the processing container 2 and monitors a change in mass spectrum of a predetermined component of the gas in the processing container 2 during plasma processing.

なお、発光分析器５０と質量分析器５１と制御装置１００は、終点検出装置の一例である。本実施形態では、発光分析器５０及び質量分析器５１を１つずつ配置したが、これに限られない。例えば、発光分析器５０及び質量分析器５１をそれぞれ複数用いてモニターし、複数の発光分析器５０及び複数の質量分析器５１のモニター結果を用いて終点検出を行ってもよい。   The emission analyzer 50, the mass analyzer 51, and the control device 100 are examples of the end point detection device. In the present embodiment, the emission analyzer 50 and the mass analyzer 51 are arranged one by one, but the arrangement is not limited to this. For example, a plurality of emission analyzers 50 and a plurality of mass analyzers 51 may be used for monitoring, and the end point detection may be performed using the monitoring results of the plurality of emission analyzers 50 and a plurality of mass analyzers 51.

プラズマ処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御装置１００が設けられている。制御装置１００は、記憶部１０１、演算部１０２、検出部１０３の各部の機能を有する。記憶部１０１は、終点検出用のプログラムやデータを記憶する。演算部１０２は、発光分析器５０がモニターした発光スペクトルの信号の変化と、質量分析器５１がモニターした質量スペクトルの信号の変化とを用いた演算を行う。検出部１０３は、演算により算出された信号に基づきプラズマ処理の終点を検出する。   The plasma processing apparatus 1 is provided with a control device 100 that controls the operation of the entire apparatus. The control device 100 has the functions of the storage unit 101, the calculation unit 102, and the detection unit 103. The storage unit 101 stores an end point detection program and data. The calculation unit 102 performs calculation using the change in the emission spectrum signal monitored by the emission analyzer 50 and the change in the mass spectrum signal monitored by the mass analyzer 51. The detection unit 103 detects the end point of the plasma processing based on the signal calculated by the calculation.

制御装置１００のハードウェア構成としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを有する。ＣＰＵは、ＲＡＭ等の記憶領域に格納されたレシピに従って、プラズマエッチング処理、その他の所望のプラズマ処理を実行する。   The hardware configuration of the control device 100 includes a CPU, ROM and RAM. The CPU executes the plasma etching process and other desired plasma processes according to the recipe stored in the storage area such as the RAM.

レシピには、プラズマ処理のプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量が設定されてもよい。また、レシピには、処理容器内温度（上部電極温度、処理容器の側壁温度、ウェハＷ温度、静電チャック温度等）、チラーから出力される冷媒の温度などが設定されてもよい。なお、レシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。   In the recipe, process time, pressure (gas exhaust), high-frequency power and voltage, and various gas flow rates, which are control information of the apparatus for the process conditions of plasma processing, may be set. Further, in the recipe, the temperature inside the processing container (the upper electrode temperature, the side wall temperature of the processing container, the wafer W temperature, the electrostatic chuck temperature, etc.), the temperature of the coolant output from the chiller, and the like may be set. The recipe may be stored in the hard disk or the semiconductor memory. Further, the recipe may be set at a predetermined position and read while being stored in a portable computer-readable storage medium such as a CD-ROM or a DVD.

プラズマ処理が実行される際には、ゲートバルブ１７の開閉が制御され、ウェハＷが処理容器２に搬入され、ステージ３に載置される。直流電源３０からチャック電極１０ａに正又は負の極性の直流電圧が印加されると、ウェハＷが静電チャック１０に吸着され、保持される。   When the plasma processing is executed, the opening / closing of the gate valve 17 is controlled, the wafer W is loaded into the processing container 2, and placed on the stage 3. When a DC voltage of positive or negative polarity is applied from the DC power supply 30 to the chuck electrode 10a, the wafer W is attracted to and held by the electrostatic chuck 10.

ガス供給源２３からガスシャワーヘッド２０を介して処理容器２内に所望のガスが供給される。第１高周波電源３２からステージ３に高周波電力ＨＦが印加され、第２高周波電源３４からステージ３に高周波電力ＬＦが印加される。可変直流電源２６から負の直流電圧がガスシャワーヘッド２０に印加される。これにより、ウェハＷの上方にてガスが乖離してプラズマが生成され、プラズマの作用によりウェハＷにプラズマ処理が施される。   A desired gas is supplied from the gas supply source 23 into the processing container 2 via the gas shower head 20. High frequency power HF is applied to the stage 3 from the first high frequency power supply 32, and high frequency power LF is applied to the stage 3 from the second high frequency power supply 34. A negative DC voltage is applied to the gas shower head 20 from the variable DC power supply 26. As a result, the gas is separated above the wafer W to generate plasma, and the plasma processing is performed on the wafer W by the action of the plasma.

発光分析器５０がモニターした所定の波長の発光スペクトルの信号は、制御装置１００に送信される。同様に、質量分析器５１がモニターした所定の成分の質量スペクトルの信号は、制御装置１００に送信される。制御装置１００は、取得した発光スペクトルの信号の変化及び質量スペクトルの信号の変化とを用いた演算（本実施形態では、乗算）を行い、演算により算出された信号に基づきプラズマ処理の終点を検出する。   The signal of the emission spectrum of the predetermined wavelength monitored by the emission analyzer 50 is transmitted to the control device 100. Similarly, the signal of the mass spectrum of the predetermined component monitored by the mass analyzer 51 is transmitted to the control device 100. The control device 100 performs a calculation (multiplication in the present embodiment) using the acquired change in the emission spectrum signal and the change in the mass spectrum signal, and detects the end point of the plasma processing based on the calculated signal. To do.

プラズマ処理後、直流電源３０からチャック電極１０ａにウェハＷの吸着時とは正負の極性が逆の直流電圧が印加され、ウェハＷの電荷が除電される。除電後、ウェハＷは、静電チャック１０から剥がされ、ゲートバルブ１７から処理容器２の外に搬出される。   After the plasma treatment, the DC power source 30 applies a DC voltage to the chuck electrode 10a, which has a polarity opposite to the polarity when the wafer W is attracted, and the charge of the wafer W is removed. After the static elimination, the wafer W is peeled off from the electrostatic chuck 10 and carried out of the processing container 2 through the gate valve 17.

［膜種］
ウェハＷにはプラズマ処理が行われる被対象膜が形成されている。ウェハＷには２種類以上の被対象膜が積層されてもよい。図２は、ウェハＷに形成される積層膜の一例を示す。 [Membrane type]
A target film to be plasma-processed is formed on the wafer W. Two or more types of target films may be stacked on the wafer W. FIG. 2 shows an example of a laminated film formed on the wafer W.

図２（ａ）に示すように、ウェハＷは、下層から順にシリコン窒化膜６１（ＳｉＮ）、シリコン酸化膜６２、カーボン膜６３、反射防止膜６４が積層された積層膜が形成されている。反射防止膜６４には、所定のパターンの開口６５が形成されている。   As shown in FIG. 2A, the wafer W has a laminated film in which a silicon nitride film 61 (SiN), a silicon oxide film 62, a carbon film 63, and an antireflection film 64 are laminated in order from the bottom layer. The antireflection film 64 has openings 65 having a predetermined pattern.

プラズマ処理中、カーボン膜６３が開口６５のパターンにエッチングされ（図２（ｂ））、続けて下層膜のシリコン酸化膜６２がエッチングされる（図２（ｃ））。かかる構成の積層膜では、カーボン膜６３及びシリコン酸化膜６２が被対象膜であり、それぞれの被対象膜に対してプラズマ処理の終点が検出される。   During the plasma processing, the carbon film 63 is etched in the pattern of the openings 65 (FIG. 2B), and subsequently the lower silicon oxide film 62 is etched (FIG. 2C). In the laminated film having such a configuration, the carbon film 63 and the silicon oxide film 62 are target films, and the end point of the plasma processing is detected for each target film.

このようなカーボン膜６３とシリコン酸化膜６２が積層構造をとる低開口率の積層膜において、エッチングの開口不良による歩留りの悪化が問題となる場合がある。これに対して、開口不良を起こさないようにエッチング処理時間を長くすると、下層膜やマスクの形状にダメージを与え、ＣＤ（Critical Dimension）を寸法通りに作ることが困難になる。さらに、被対象膜が積層された構造では各膜の膜厚にばらつきが生じるため、ウェハＷ毎に各膜のプラズマ処理時間の終点検出を適切に行う必要がある。   In such a low-aperture-ratio laminated film having a laminated structure of the carbon film 63 and the silicon oxide film 62, there may be a problem that the yield is deteriorated due to a defective opening in etching. On the other hand, if the etching processing time is lengthened so as not to cause the opening failure, the shape of the lower layer film or the mask is damaged, and it becomes difficult to form a CD (Critical Dimension) according to the dimensions. Further, since the film thickness of each film varies in the structure in which the target films are stacked, it is necessary to appropriately detect the end point of the plasma processing time of each film for each wafer W.

従来の発光分析器５０を用いた終点方法又は質量分析器５１を用いた終点方法では、カーボン膜６３およびシリコン酸化膜６２において、低開口部の微小面積での発光スペクトル又は質量スペクトルの変化の検知が困難である。このため、高いＳ／Ｎで安定して終点を検出することは難しい。   According to the end point method using the conventional emission analyzer 50 or the end point method using the mass analyzer 51, in the carbon film 63 and the silicon oxide film 62, a change in the emission spectrum or the mass spectrum in a small area of a low opening is detected. Is difficult. Therefore, it is difficult to stably detect the end point with a high S / N.

そこで、本実施形態では、発光分析器５０及び質量分析器５１が単独でモニターした信号では、ノイズにより終点が検出し難い状態であっても、発光スペクトルの信号の変化と質量スペクトルの信号の変化とを用いた演算処理を実行することでＳ／Ｎを改善する。これにより、開口率の低い多層膜のエッチングにおいても、安定したプラズマ処理の終点検出が可能となる。   Therefore, in the present embodiment, with the signals monitored by the emission analyzer 50 and the mass analyzer 51 independently, even if the end point is difficult to be detected due to noise, the change of the emission spectrum signal and the change of the mass spectrum signal are performed. The S / N is improved by executing the arithmetic processing using and. As a result, it is possible to stably detect the end point of the plasma processing even when etching a multilayer film having a low aperture ratio.

被処理膜の終点では、発光分析器５０は、被対象膜が消失し、下層膜に到達した際の所定の波長の発光スペクトルの信号の変化をモニターするとともに、質量分析器５１は、エッチング副生成物の所定の気相成分の質量スペクトルの変化をモニターする。これにより各信号の変化に基づき被処理膜の終点が検出される。   At the end point of the film to be processed, the emission analyzer 50 monitors the change in the signal of the emission spectrum of a predetermined wavelength when the film to be processed disappears and reaches the lower layer film, and the mass spectrometer 51 displays The change in mass spectrum of a given gas phase component of the product is monitored. Thereby, the end point of the film to be processed is detected based on the change of each signal.

例えば、カーボン膜６３のエッチングでは、プラズマを生成するためのガスとして処理容器２内にＨ２ガス及びＮ２ガスが供給され、カーボン膜６３のエッチング時に副生成物としてＣＮとＨ２が生成される。そこで、カーボン膜６３のエッチングでは、プラズマの発光スペクトルのうち、ＣＮ（波長λ＝３８７ｎｍ）の発光スペクトルを発光分析器５０によりモニターする。またこれと並行して、エッチング副生成物のうちＨ２成分（質量２）の質量スペクトルを質量分析器５１によりモニターする。 For example, in the etching of the carbon film 63, H 2 gas and N 2 gas are supplied into the processing container 2 as a gas for generating plasma, and CN and H 2 are generated as byproducts when the carbon film 63 is etched. It Therefore, in the etching of the carbon film 63, the emission spectrum of CN (wavelength λ = 387 nm) in the emission spectrum of plasma is monitored by the emission analyzer 50. In parallel with this, the mass spectrum of the H 2 component (mass 2) in the etching by-products is monitored by the mass analyzer 51.

シリコン酸化膜６２のエッチングでは、プラズマを生成するためのガスとしてＣ４Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス等のＣＦ系ガス（フルオロカーボンガス）が供給され、シリコン酸化膜６２のエッチング時に副生成物としてＣＯが生成される。そこで、シリコン酸化膜６２のエッチングでは、プラズマの発光スペクトルのうち、ＳｉＦ（波長λ＝４４０ｎｍ）の発光スペクトルを発光分析器５０によりモニターする。またこれに並行して、エッチング副生成物のうちＣＯ成分（質量２８）の質量スペクトルを質量分析器５１によりモニターする。
＜第１実施形態＞
以下では、図２（ａ）のカーボン膜６３及びシリコン酸化膜６２の積層膜を被対象膜として、第１実施形態にかかる終点検出方法について、図３及び図４の終点検出処理のフローチャートを参照しながら説明する。図３は、第１実施形態に係るカーボン膜の終点検出処理を示すフローチャートである。図４は、第１実施形態に係るシリコン酸化膜の終点検出処理を示すフローチャートである。 In etching the silicon oxide film 62, a CF-based gas (fluorocarbon gas) such as C 4 F 8 gas or C 4 F 6 gas is supplied as a gas for generating plasma, and a by-product is generated when the silicon oxide film 62 is etched. As a result, CO is generated. Therefore, in the etching of the silicon oxide film 62, the emission spectrum of SiF (wavelength λ = 440 nm) in the emission spectrum of plasma is monitored by the emission analyzer 50. In parallel with this, the mass spectrum of the CO component (mass 28) in the etching by-product is monitored by the mass analyzer 51.
<First Embodiment>
In the following, regarding the end point detection method according to the first embodiment using the laminated film of the carbon film 63 and the silicon oxide film 62 of FIG. 2A as the target film, refer to the flowchart of the end point detection process of FIGS. 3 and 4. While explaining. FIG. 3 is a flowchart showing a carbon film end point detection process according to the first embodiment. FIG. 4 is a flowchart showing a silicon oxide film end point detection process according to the first embodiment.

［終点検出］
第１実施形態にかかるプラズマ処理の終点検出方法は、発光分析器５０及び質量分析器５１がモニターした発光スペクトルの信号及び質量スペクトルの信号に基づき、ＣＰＵが、記憶部１０１に記憶された終点検出用のプログラムを実行することにより行われる。このとき、ＣＰＵは、演算部１０２及び検出部１０３として機能する。 [End point detection]
In the plasma processing end point detection method according to the first embodiment, the CPU detects the end point stored in the storage unit 101 based on the emission spectrum signal and the mass spectrum signal monitored by the emission analyzer 50 and the mass analyzer 51. Is executed by executing the program for. At this time, the CPU functions as the calculation unit 102 and the detection unit 103.

具体的には、図３の終点検出処理が開始されると、カーボン膜６３のプラズマエッチング処理が開始される（ステップＳ１）。これにより、反射防止膜６４の開口６５のパターンにカーボン膜６３がエッチングされる。   Specifically, when the end point detection process of FIG. 3 is started, the plasma etching process of the carbon film 63 is started (step S1). As a result, the carbon film 63 is etched in the pattern of the openings 65 of the antireflection film 64.

次に、発光分析器５０がＣＮ（波長λ＝３８７ｎｍ）の発光スペクトルをモニターする（ステップＳ２）。また、質量分析器５１がＨ２（質量２）の質量スペクトルをモニターする（ステップＳ２）。モニターされたＣＮの発光スペクトルの信号及びＨ２の質量スペクトルの信号は、制御装置１００に送信される。 Next, the emission analyzer 50 monitors the emission spectrum of CN (wavelength λ = 387 nm) (step S2). Further, the mass spectrometer 51 monitors the mass spectrum of H 2 (mass 2) (step S2). The monitored CN emission spectrum signal and the monitored H 2 mass spectrum signal are transmitted to the controller 100.

図５（ａ）は、カーボン膜６３をエッチングする間に発光分析器５０がモニターしたＣＮの発光スペクトル（ＯＥＳ intensity）の信号Ａと、質量分析器５１がモニターしたＨ２の質量スペクトル（ＱＭＳ intensity）の信号Ｂの一例を示す。 FIG. 5A shows a signal A of the emission spectrum (OES intensity) of CN monitored by the emission analyzer 50 and the mass spectrum of H 2 (QMS intensity) monitored by the mass analyzer 51 during the etching of the carbon film 63. An example of the signal B of FIG.

図３に戻り、次に、制御装置１００の演算部１０２は、ＣＮの発光スペクトルの変位及びＨ２の質量スペクトルの変位とを用いて演算処理を行う（ステップＳ３）。本実施形態では、演算処理の一例として、ＣＮの発光スペクトルの信号Ａの変位と、Ｈ２の質量スペクトルの信号Ｂの変位とを乗算する。その際、図５（ｂ）に示すように各信号Ａ，Ｂを乗算する前に各信号を正規化することが好ましい。演算により算出された信号Ｃを図５（ｃ）に示す。この例では、信号Ｂと信号Ｃとは、ほぼ同じ曲線を描く。 Returning to FIG. 3, next, the calculation unit 102 of the control device 100 performs a calculation process using the displacement of the CN emission spectrum and the displacement of the H 2 mass spectrum (step S3). In the present embodiment, as an example of the calculation process, the displacement of the signal A of the emission spectrum of CN and the displacement of the signal B of the mass spectrum of H 2 are multiplied. At this time, it is preferable to normalize each signal before multiplying each signal A and B as shown in FIG. The signal C calculated by the calculation is shown in FIG. In this example, the signal B and the signal C draw substantially the same curve.

ステップＳ３の演算処理は、発光スペクトルの信号の変化と質量スペクトルの信号の変化との乗算に限られず、乗算、除算、加算、減算のいずれか又はこれらの演算の組み合わせであってもよい。例えば、信号Ａ，Ｂが正の値同士又は負の値同士であれば乗算することが好ましい。例えば、信号Ａ，Ｂのいずれかが正でいずれかが負であれば除算することが好ましい。信号Ａ，Ｂを加算したり、減算したり、乗算、除算、加算、減算を組み合わせて演算してもよい。これにより、信号Ａ、Ｂから信号Ｃを算出し、信号ＣからＳ／Ｎを算出する際にＳ／Ｎに含まれるノイズの割合を減らすことができる。   The calculation process in step S3 is not limited to multiplication by the change in the emission spectrum signal and the change in the mass spectrum signal, and may be any of multiplication, division, addition, and subtraction, or a combination of these calculations. For example, if the signals A and B are positive values or negative values, it is preferable to multiply them. For example, if either of the signals A and B is positive and either is negative, it is preferable to perform division. The signals A and B may be added or subtracted, or a combination of multiplication, division, addition and subtraction may be performed. This makes it possible to reduce the proportion of noise contained in the S / N when the signal C is calculated from the signals A and B and the S / N is calculated from the signal C.

図３に戻り、次に、演算部１０２は、演算（本例では乗算）により算出された信号に基づきＳ／Ｎを算出する（ステップＳ４）。Ｓ／Ｎの算出について図６を参照して簡単に説明する。図６は、ＣＮの発光スペクトルの信号Ａ及びＨ２の質量スペクトルの信号Ｂを正規化した後、演算により算出された信号Ｃ（＝信号Ａ×信号Ｂ）の一例である。ただし、本例は一例であり演算により算出された信号Ｃは、これに限られない。 Returning to FIG. 3, next, the calculation unit 102 calculates the S / N based on the signal calculated by the calculation (multiplication in this example) (step S4). The calculation of S / N will be briefly described with reference to FIG. FIG. 6 is an example of the signal C (= signal A × signal B) calculated by calculation after normalizing the signal A of the emission spectrum of CN and the signal B of the mass spectrum of H 2 . However, this example is an example, and the signal C calculated by the operation is not limited to this.

Ｓ／Ｎの「Ｓ（シグナル）」は、図６の信号Ｃの最大値と最小値の変位（Signal Average Difference）として算出される。例えば、「Ｓ」は、信号Ｃの変位前の所定時間（例えば１０秒）の信号Ｃの検出値の平均値と、変位後の所定時間（例えば１０秒）の信号の検出値の平均値との差分として算出可能である。Ｓ／Ｎの「Ｎ（ノイズ）」は、Ｓの変位前の所定時間（例えば１０秒）の信号の検出値の平均値である。Ｓ／Ｎは、「Ｓ」を「Ｎ」で割った値である。「Ｎ（ノイズ）」は、Ｓの変位後の所定時間（例えば１０秒）の信号の検出値の平均値であってもよい。   "S (signal)" of S / N is calculated as a displacement (Signal Average Difference) between the maximum value and the minimum value of the signal C in FIG. For example, “S” is the average value of the detected values of the signal C for a predetermined time (for example, 10 seconds) before the displacement of the signal C and the average value of the detected values of the signal for a predetermined time after the displacement (for example, 10 seconds). Can be calculated as the difference. "N (noise)" of S / N is the average value of the detected values of the signal during a predetermined time (for example, 10 seconds) before the displacement of S. S / N is a value obtained by dividing “S” by “N”. “N (noise)” may be the average value of the detected values of the signal for a predetermined time (for example, 10 seconds) after the displacement of S.

かかる演算処理により、図７（ａ）に結果の一例を示すように、カーボン膜６３のエッチングにおいて演算処理後のＳ／Ｎは「９６．７」となった。この例では、従来の発光分析（ＯＥＳ）法によりモニターされた信号から算出されたＳ／Ｎは「１６．７」であり、従来の質量分析（ＱＭＳ）法によりモニターされた信号から算出されたＳ／Ｎは「８４．２」である。以上から、本実施形態に係るカーボン膜６３の終点検出方法によれば、発光分析法及び質量分析法をそれぞれ単独で使用してＳ／Ｎを算出するよりもＳ／Ｎを改善でき、終点検出の精度を向上させることができる。   By this arithmetic processing, as shown in an example of the result in FIG. 7A, the S / N after the arithmetic processing in the etching of the carbon film 63 was “96.7”. In this example, the S / N calculated from the signal monitored by the conventional optical emission spectrometry (OES) method is “16.7”, and the S / N calculated from the signal monitored by the conventional mass spectrometry (QMS) method. The S / N is “84.2”. From the above, according to the end point detection method of the carbon film 63 according to the present embodiment, the S / N can be improved as compared with the case where the S / N is calculated by using the emission analysis method and the mass spectrometry method independently, and the end point detection is performed. The accuracy of can be improved.

図３に戻り、次に、検出部１０３は、終点信号が得られたかを判定する（ステップＳ５）。所定時間内に、算出された信号Ｃに所定以上の変位が生じたとき、検出部１０３は、終点信号が得られたと判定し、ステップＳ６に進む。所定時間内に、算出された信号Ｃに所定以上の変位が生じなかったとき、検出部１０３は、終点信号が得られなかったと判定し、ステップＳ１１に進む。   Returning to FIG. 3, next, the detection unit 103 determines whether an end point signal has been obtained (step S5). When the calculated signal C is displaced by a predetermined amount or more within the predetermined time, the detection unit 103 determines that the end point signal is obtained, and proceeds to step S6. When the calculated signal C is not displaced by a predetermined amount or more within the predetermined time, the detection unit 103 determines that the end point signal has not been obtained, and proceeds to step S11.

ステップＳ６において、検出部１０３は、算出したＳ／Ｎが第１の閾値以上であるかを判定する。第１の閾値は予め設定され、記憶部１０１に記憶されている、第１の閾値は例えば「８０」であってもよいし、他の値であってもよい。   In step S6, the detection unit 103 determines whether the calculated S / N is greater than or equal to the first threshold. The first threshold value is set in advance and stored in the storage unit 101, and the first threshold value may be, for example, “80” or another value.

検出部１０３は、算出したＳ／Ｎが第１の閾値以上であると判定すると、終点検出の精度を満足すると判断し、終点検出信号を出力する（ステップＳ７）。そして、カーボン膜６３のエッチングを正常終了し（ステップＳ８）、図４の「１」のシリコン酸化膜６２のエッチングに進む。   When the detection unit 103 determines that the calculated S / N is equal to or higher than the first threshold value, it determines that the accuracy of the end point detection is satisfied, and outputs the end point detection signal (step S7). Then, the etching of the carbon film 63 is normally terminated (step S8), and the process proceeds to the etching of the silicon oxide film 62 of "1" in FIG.

一方、ステップＳ６において、検出部１０３は、算出したＳ／Ｎが第１の閾値未満であると判定すると、終点検出の精度を満足しないと判断し、算出したＳ／Ｎが第２の閾値以上であるかを判定する（ステップＳ９）。第２の閾値は、第１の閾値よりも小さい値であって、予め設定され、記憶部１０１に記憶されている。第２の閾値は例えば「５０」であってもよいし、第１の閾値よりも小さい他の値であってもよい。   On the other hand, in step S6, when the detection unit 103 determines that the calculated S / N is less than the first threshold, it determines that the end point detection accuracy is not satisfied, and the calculated S / N is equal to or greater than the second threshold. Is determined (step S9). The second threshold is a value smaller than the first threshold, is preset, and is stored in the storage unit 101. The second threshold may be “50”, for example, or may be another value smaller than the first threshold.

検出部１０３は、算出したＳ／Ｎが第２の閾値以上であると判定すると、所定時間エッチングを継続して実行した後（ステップＳ１０）、終点検出信号を出力し（ステップＳ７）、カーボン膜６３のエッチングを正常終了し（ステップＳ８）、図４の「１」に進む。   When the detection unit 103 determines that the calculated S / N is equal to or higher than the second threshold value, the etching unit continuously performs the etching for a predetermined time (step S10), and then outputs an end point detection signal (step S7), and the carbon film The etching of 63 is normally terminated (step S8), and the process proceeds to "1" in FIG.

ステップＳ９において、検出部１０３は、算出したＳ／Ｎが第２の閾値未満であると判定すると、ステップＳ１１に進み、カーボン膜６３のエッチングを停止し、本処理を異常終了する。この後、異常終了に対する解析が行われてもよい。   When the detection unit 103 determines in step S9 that the calculated S / N is less than the second threshold value, the process proceeds to step S11, the etching of the carbon film 63 is stopped, and the process is abnormally terminated. After this, analysis for abnormal termination may be performed.

次に、図４の「１」に進んだときの、シリコン酸化膜６２についてエッチングする際の終点検出について説明する。カーボン膜６３のプラズマエッチング処理について終点検出後、カーボン膜６３の下層のシリコン酸化膜６２のプラズマエッチング処理が開始される（ステップＳ１２）。   Next, the detection of the end point when the silicon oxide film 62 is etched when the process proceeds to “1” in FIG. 4 will be described. After the end point of the plasma etching process of the carbon film 63 is detected, the plasma etching process of the silicon oxide film 62 below the carbon film 63 is started (step S12).

シリコン酸化膜６２のプラズマエッチングでは、発光分析器５０によりＳｉＦ（波長λ＝４４０ｎｍ）の発光スペクトルと、質量分析器５１によりＣＯ（質量２８）の質量スペクトルをモニターする（ステップＳ１３）。モニターされたＳｉＦの発光スペクトルの信号及びＣＯの質量スペクトルの信号は、制御装置１００に送信される。   In the plasma etching of the silicon oxide film 62, the emission spectrum of SiF (wavelength λ = 440 nm) is monitored by the emission analyzer 50 and the mass spectrum of CO (mass 28) is monitored by the mass analyzer 51 (step S13). The monitored SiF emission spectrum signal and the CO mass spectrum signal are transmitted to the control device 100.

図８（ａ）は、シリコン酸化膜６２をエッチングする間に発光分析器５０がモニターしたＳｉＦの発光スペクトル（ＯＥＳ intensity）の信号Ａと、質量分析器５１がモニターしたＣＯの質量スペクトル（ＱＭＳ intensity）の信号Ｂを示す。   FIG. 8A shows a signal A of the emission spectrum (OES intensity) of SiF monitored by the emission analyzer 50 during the etching of the silicon oxide film 62, and the mass spectrum (QMS intensity) of CO monitored by the mass analyzer 51. ) Signal B of FIG.

図４に戻り、次に、演算部１０２は、ＳｉＦの発光スペクトルの信号Ａの変位と、ＣＯの質量スペクトルの信号Ｂの変位とを用いて演算処理を行う（ステップＳ１４）。本実施形態では、演算処理の一例として、ＳｉＦの発光スペクトルの信号Ａの変位とＣＯの質量スペクトルの信号Ｂの変位とを乗算する。その際、図８（ｂ）に示すように各信号Ａ，Ｂを正規化した後に乗算することが好ましい。演算により算出された信号Ｃを図８（ｃ）に示す。   Returning to FIG. 4, next, the calculation unit 102 performs a calculation process using the displacement of the signal A of the emission spectrum of SiF and the displacement of the signal B of the mass spectrum of CO (step S14). In this embodiment, as an example of the arithmetic processing, the displacement of the signal A of the emission spectrum of SiF and the displacement of the signal B of the CO mass spectrum are multiplied. At this time, it is preferable that the signals A and B are normalized and then multiplied as shown in FIG. The signal C calculated by the calculation is shown in FIG.

図４に戻り、次に、演算部１０２は、演算（本例では乗算）により算出された信号に基づきＳ／Ｎを算出する（ステップＳ１５）。かかる演算処理により、図７（ｂ）に結果の一例を示すように、シリコン酸化膜６２のエッチングにおいて演算処理後のＳ／Ｎは「８３．５」となった。従来の発光分析（ＯＥＳ）法によりモニターされた信号から算出されたＳ／Ｎは「４４．３」であり、従来の質量分析（ＱＭＳ）法によりモニターされた信号から算出されたＳ／Ｎは「２１．０」であった。以上から、本実施形態では、発光分析法及び質量分析法をそれぞれ単独で使用してＳ／Ｎを算出するよりもＳ／Ｎの比を改善でき、終点検出の精度を向上させることができる。   Returning to FIG. 4, next, the calculation unit 102 calculates the S / N based on the signal calculated by the calculation (multiplication in this example) (step S15). By this arithmetic processing, as shown in an example of the result in FIG. 7B, the S / N after the arithmetic processing in the etching of the silicon oxide film 62 was “83.5”. The S / N calculated from the signal monitored by the conventional optical emission spectrometry (OES) method is “44.3”, and the S / N calculated from the signal monitored by the conventional mass spectrometry (QMS) method is It was “21.0”. As described above, in the present embodiment, the S / N ratio can be improved and the accuracy of end point detection can be improved as compared with the case where the emission analysis method and the mass spectrometry method are individually used to calculate the S / N.

図４に戻り、次に、検出部１０３は、終点信号が得られたかを判定する（ステップＳ１６）。所定時間内に算出された信号Ｃに所定以上の変位が生じたとき、検出部１０３は、終点信号が得られたと判定し、ステップＳ１７に進む。一方、所定時間内に算出された信号Ｃに所定以上の変位が生じなかったとき、検出部１０３は、終点信号が得られなかったと判定し、ステップＳ２２に進む。   Returning to FIG. 4, the detecting unit 103 next determines whether the end point signal has been obtained (step S16). When the displacement of the signal C calculated within the predetermined time exceeds the predetermined value, the detection unit 103 determines that the end point signal is obtained, and proceeds to step S17. On the other hand, when the signal C calculated within the predetermined time does not have a displacement larger than the predetermined amount, the detection unit 103 determines that the end point signal has not been obtained, and proceeds to step S22.

ステップＳ１７において、検出部１０３は、算出したＳ／Ｎが第１の閾値以上であるかを判定する。検出部１０３は、算出したＳ／Ｎが第１の閾値以上であると判定すると、終点検出信号を出力し（ステップＳ１８）、シリコン酸化膜６２のエッチングを正常終了し（ステップＳ１９）、本処理を終了する。   In step S17, the detection unit 103 determines whether the calculated S / N is greater than or equal to the first threshold. When the detection unit 103 determines that the calculated S / N is equal to or higher than the first threshold value, the detection unit 103 outputs an end point detection signal (step S18) and normally ends the etching of the silicon oxide film 62 (step S19). To finish.

一方、ステップＳ１７において、検出部１０３は、算出したＳ／Ｎが第１の閾値未満であると判定すると、算出したＳ／Ｎが第２の閾値以上であるかを判定する（ステップＳ２０）。   On the other hand, when it is determined in step S17 that the calculated S / N is less than the first threshold value, the detection unit 103 determines whether the calculated S / N is greater than or equal to the second threshold value (step S20).

検出部１０３は、算出したＳ／Ｎが第２の閾値以上であると判定すると、所定時間エッチングを継続して実行した後（ステップＳ２１）、終点検出信号を出力する（ステップＳ１８）。そして、シリコン酸化膜６２のエッチングを正常終了し（ステップＳ１９）、本処理を終了する。   When the detection unit 103 determines that the calculated S / N is equal to or higher than the second threshold value, the detection unit 103 continuously performs etching for a predetermined time (step S21), and then outputs an end point detection signal (step S18). Then, the etching of the silicon oxide film 62 is normally terminated (step S19), and this processing is terminated.

ステップＳ２０において、検出部１０３は、算出したＳ／Ｎが第２の閾値未満であると判定すると、ステップＳ２２に進み、シリコン酸化膜６２のエッチングを停止し、本処理を異常終了する。異常終了に対する解析が行われてもよい。   When the detection unit 103 determines in step S20 that the calculated S / N is less than the second threshold value, the process proceeds to step S22, the etching of the silicon oxide film 62 is stopped, and the process is abnormally terminated. Analysis for abnormal termination may be performed.

以上に説明した第１実施形態にかかる終点検出方法によれば、発光スペクトルの変化と質量スペクトルの変化という２種の信号の変位を用いて演算した結果の信号に基づきＳ／Ｎを改善することができる。これにより、プラズマ処理の終点検出の精度を向上させることができる。例えば、本実施形態にて説明したように、複数膜の連続するエッチングにおける終点検出の精度が向上することで、エッチング途中の開口不良を回避でき、膜種が異なる積層膜のエッチングを安定的に連続して行うことができる。   According to the end point detection method according to the first embodiment described above, the S / N is improved based on the signal calculated as the displacement of two types of signals, that is, the change of the emission spectrum and the change of the mass spectrum. You can This can improve the accuracy of detecting the end point of the plasma processing. For example, as described in the present embodiment, by improving the accuracy of end point detection in continuous etching of a plurality of films, it is possible to avoid an opening defect during etching and stably etch a stacked film of different film types. It can be performed continuously.

特に膜種が異なる積層膜の連続エッチングの場合、ウェハＷ間において各層の膜厚のバラツキが大きいために、膜厚のバラツキによって終点検出の精度が悪化する傾向にある。これに対して、本実施形態にかかる終点検出方法によれば、複数膜の連続エッチングに対しても高い精度で終点を検出できるメリットがある。   In particular, in the case of continuous etching of a laminated film having different film types, since there is a large variation in the film thickness of each layer between the wafers W, the variation in the film thickness tends to deteriorate the accuracy of endpoint detection. On the other hand, the end point detection method according to the present embodiment has an advantage that the end point can be detected with high accuracy even in continuous etching of a plurality of films.

これにより、発光分析法と質量分析法との特徴を活かして、各分析法において苦手条件における終点検出を相補的にカバーできる。例えば、発光分析法では、プラズマ密度が低密度の条件では発光量が下がり終点を検出するための信号の変位の検出が難しくなる。一方、質量分析法では、プラズマ密度よりも副生成物の量、つまり、エッチングレートに依存して副生成物の量が少なくなると信号の変位の検出が難しくなる。検出したい副生成物が下層膜の成分に含まれる場合にも、質量分析法での終点検出精度は低くなる。   This makes it possible to complement the end point detection under poor conditions in each analysis method by taking advantage of the characteristics of the emission analysis method and the mass spectrometry method. For example, in the emission analysis method, when the plasma density is low, the amount of emitted light decreases and it becomes difficult to detect the displacement of the signal for detecting the end point. On the other hand, in the mass spectrometry method, it becomes difficult to detect the displacement of the signal when the amount of the by-product is smaller than the plasma density, that is, the amount of the by-product depends on the etching rate. Even when the by-product to be detected is contained in the components of the lower layer film, the end point detection accuracy by mass spectrometry becomes low.

これに対して、一実施形態にかかる終点検出方法によれば、発光分析法と質量分析法のいずれかでは終点検出が困難な場合においても、両方の分析法を使ってモニターした発光スペクトルと質量スペクトルの２種の信号の変位を用いて演算する。そして、該演算により算出した信号を用いてＳ／Ｎを改善することで、安定して終点検出が可能になる。   On the other hand, according to the end point detection method according to one embodiment, even when the end point detection is difficult by either of the emission analysis method and the mass spectrometry method, the emission spectrum and the mass monitored by both the analysis methods are used. The calculation is performed using the displacements of the two types of signals in the spectrum. Then, by improving the S / N using the signal calculated by the calculation, the end point can be stably detected.

＜第２実施形態＞
次に、図２の積層膜に対する第２実施形態にかかるプラズマ処理の終点検出方法について、図９及び図１０の終点検出処理のフローチャートを参照しながら説明する。図９は、第２実施形態に係るカーボン膜の終点検出処理を示すフローチャートである。図１０は、第２実施形態に係るシリコン酸化膜の終点検出処理を示すフローチャートである。第２実施形態に係る終点検出方法では、演算により算出された信号の変位とノイズとの比（すなわち、Ｓ／Ｎ）と、基準値とに基づき、プラズマ処理の終点を検出する。基準値は、同じ処理ガスを使用したプラズマ処理において過去に終点を検出したときの信号の変位から導かれたＳ／Ｎが予め設定されている。なお、第１実施形態に係るカーボン膜の終点検出処理及びシリコン酸化膜の終点検出処理と同じ処理には、同じステップ番号を付すことにより説明を簡略化する。 <Second Embodiment>
Next, a method of detecting the end point of the plasma processing according to the second embodiment for the laminated film of FIG. 2 will be described with reference to the flowcharts of the end point detection processing of FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a flowchart showing a carbon film end point detection process according to the second embodiment. FIG. 10 is a flowchart showing a silicon oxide film end point detection process according to the second embodiment. In the end point detection method according to the second embodiment, the end point of the plasma processing is detected based on the ratio (ie, S / N) between the signal displacement and noise calculated by calculation and the reference value. As the reference value, the S / N value derived from the displacement of the signal when the end point is detected in the past in the plasma processing using the same processing gas is set in advance. The same steps as those of the carbon film end point detection processing and the silicon oxide film end point detection processing according to the first embodiment will be assigned the same step numbers to simplify the description.

［終点検出］
図９のステップＳ１〜Ｓ５に示すように、エッチング対象膜に対してレシピに設定されたエッチングガスによりエッチングが開始されると、そのエッチング対象膜の終点検出処理が実行される。ステップＳ５において検出部１０３は、終点信号が得られたと判定すると、該当エッチングガスにおける予め算出し、算出した結果であって記憶部１０１に設定された第１の基準値を参照する（ステップＳ３０）。このようにして過去に終点信号が得られたと判定されたときの信号の変位と該当エッチングガスとの関係から予め設定された第１の基準値が参照される。 [End point detection]
As shown in steps S1 to S5 of FIG. 9, when the etching of the etching target film is started by the etching gas set in the recipe, the end point detecting process of the etching target film is executed. When the detection unit 103 determines in step S5 that the end point signal is obtained, the detection unit 103 refers to the first reference value which is calculated in advance in the corresponding etching gas and which is the calculated result and is set in the storage unit 101 (step S30). . In this way, the preset first reference value is referred to from the relationship between the signal displacement and the corresponding etching gas when it is determined that the end point signal has been obtained in the past.

次に、検出部１０３は、第１の基準値と、算出したＳ／Ｎとの差が第１の閾値以下であるかを判定する（ステップＳ３１）。例えば、第１の閾値は１０％に設定されてもよいし、その他の値に設定されてもよい。検出部１０３は、第１の基準値とＳ／Ｎとの差が第１の閾値以下であると判定すると、終点検出信号を出力し（ステップＳ７）、カーボン膜６３のエッチングを正常終了し（ステップＳ８）、図１０の「１」のシリコン酸化膜６２のエッチングに進む。   Next, the detection unit 103 determines whether the difference between the first reference value and the calculated S / N is less than or equal to the first threshold value (step S31). For example, the first threshold may be set to 10%, or may be set to another value. When the detection unit 103 determines that the difference between the first reference value and the S / N is less than or equal to the first threshold value, the detection unit 103 outputs an end point detection signal (step S7) and ends the etching of the carbon film 63 normally ( Step S8) proceeds to the etching of the silicon oxide film 62 of "1" in FIG.

一方、ステップＳ３１において、検出部１０３は、第１の基準値とＳ／Ｎとの差が第１の閾値よりも大きいと判定すると、第１の基準値とＳ／Ｎとの差が第２の閾値以下であるかを判定する（ステップＳ３２）。例えば、第２の閾値は１５％に設定されてもよいし、その他の第１の閾値よりも大きい値に設定されてもよい。検出部１０３は、第１の基準値とＳ／Ｎとの差が第２の閾値以下であると判定すると、所定時間エッチングを継続して実行した後（ステップＳ１０）、終点検出信号を出力する（ステップＳ７）。そして、カーボン膜６３のエッチングを正常終了し（ステップＳ８）、図１０の「１」に進む。   On the other hand, in step S31, when the detection unit 103 determines that the difference between the first reference value and the S / N is larger than the first threshold value, the difference between the first reference value and the S / N becomes the second value. It is determined whether or not the threshold is less than or equal to the threshold (step S32). For example, the second threshold value may be set to 15%, or may be set to a value larger than the other first threshold values. When the detection unit 103 determines that the difference between the first reference value and the S / N is equal to or less than the second threshold value, the detection unit 103 continuously performs etching for a predetermined time (step S10), and then outputs an end point detection signal. (Step S7). Then, the etching of the carbon film 63 is normally completed (step S8), and the process proceeds to "1" in FIG.

ステップＳ３２において検出部１０３は、第１の基準値とＳ／Ｎとの差が第２の閾値よりも大きいと判定すると、ステップＳ１１に進み、カーボン膜６３のエッチングを停止し、本処理を異常終了する。   When the detection unit 103 determines in step S32 that the difference between the first reference value and the S / N is larger than the second threshold value, the process proceeds to step S11, the etching of the carbon film 63 is stopped, and the process is abnormal. finish.

次に、図１０の「１」に進み、ステップＳ１２〜Ｓ１６の処理が実行される。ステップＳ１６において検出部１０３は、終点信号が得られたと判定すると、該当エッチングガスにおける予め算出し、算出した結果であって記憶部１０１に設定された第２の基準値を参照する（ステップＳ４０）。このようにして過去に終点信号が得られたと判定されたときの信号の変位と該当エッチングガスとの関係から予め設定された第２の基準値が参照される。   Next, proceeding to “1” in FIG. 10, the processing of steps S12 to S16 is executed. When the detection unit 103 determines in step S16 that the end point signal is obtained, the detection unit 103 refers to the second reference value which is calculated in advance in the corresponding etching gas and which is the calculated result and is set in the storage unit 101 (step S40). . In this way, the preset second reference value is referred to from the relationship between the displacement of the signal and the corresponding etching gas when it is determined that the end point signal was obtained in the past.

次に、検出部１０３は、第２の基準値とＳ／Ｎとの差が第１の閾値以下であるかを判定する（ステップＳ４１）。例えば、第１の閾値は１０％に設定されてもよいし、その他の値に設定されてもよい。検出部１０３は、第２の基準値とＳ／Ｎとの差が第１の閾値以下であると判定すると、終点検出信号を出力し（ステップＳ１８）、シリコン酸化膜６２のエッチングを正常終了し（ステップＳ１９）、本処理を終了する。   Next, the detection unit 103 determines whether the difference between the second reference value and the S / N is less than or equal to the first threshold value (step S41). For example, the first threshold may be set to 10%, or may be set to another value. When the detection unit 103 determines that the difference between the second reference value and the S / N is less than or equal to the first threshold value, the detection unit 103 outputs an end point detection signal (step S18) and normally ends the etching of the silicon oxide film 62. (Step S19), this processing ends.

一方、ステップＳ４１において、検出部１０３は、第２の基準値とＳ／Ｎとの差が第１の閾値以下よりも大きいと判定すると、第２の基準値とＳ／Ｎとの差が第２の閾値以下であるかを判定する（ステップＳ４２）。例えば、第２の閾値は１５％に設定されてもよいし、その他の第１の閾値よりも大きい値に設定されてもよい。検出部１０３は、第２の基準値とＳ／Ｎとの差が第２の閾値以下であると判定すると、所定時間エッチングを継続して実行した後（ステップＳ２１）、終点検出信号を出力する（ステップＳ１８）。そして、シリコン酸化膜６２のエッチングを正常終了し（ステップＳ１９）、本処理を終了する。   On the other hand, in step S41, when the detection unit 103 determines that the difference between the second reference value and the S / N is larger than the first threshold value or less, the difference between the second reference value and the S / N becomes the first value. It is determined whether it is less than or equal to the threshold value of 2 (step S42). For example, the second threshold value may be set to 15%, or may be set to a value larger than the other first threshold values. When the detection unit 103 determines that the difference between the second reference value and the S / N is less than or equal to the second threshold value, the detection unit 103 continuously performs etching for a predetermined time (step S21) and then outputs an end point detection signal. (Step S18). Then, the etching of the silicon oxide film 62 is normally terminated (step S19), and this processing is terminated.

ステップＳ４２において検出部１０３は、第２の基準値とＳ／Ｎとの差が第２の閾値よりも大きいと判定すると、ステップＳ２２に進み、シリコン酸化膜６２のエッチングを停止し、本処理を異常終了する。   When the detection unit 103 determines in step S42 that the difference between the second reference value and the S / N is larger than the second threshold value, the process proceeds to step S22, the etching of the silicon oxide film 62 is stopped, and the present process is performed. It ends abnormally.

以上に説明した第２実施形態にかかる終点検出方法によっても、発光スペクトルの変化と質量スペクトルの変化の２種の信号を演算することでＳ／Ｎを改善する。また、過去の終点検出時のデータに基づき、今回の終点検出を判定する。第２実施形態においても、終点検出の精度を向上させることができる。例えば、本実施形態においても、複数膜の連続するエッチングにおける終点検出の精度を向上させることで、エッチング途中の開口不良を回避し、複数膜のエッチングを連続して行うことができる。   Also by the end point detection method according to the second embodiment described above, S / N is improved by calculating two kinds of signals, that is, a change in emission spectrum and a change in mass spectrum. Further, the current end point detection is determined based on the data at the time of detecting the end point in the past. Also in the second embodiment, the accuracy of the end point detection can be improved. For example, also in the present embodiment, by improving the accuracy of end point detection in continuous etching of a plurality of films, it is possible to avoid an opening defect during etching and perform a plurality of films continuously.

今回開示された各実施形態に係る終点検出方法及び終点検出装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。   It should be considered that the endpoint detecting method and the endpoint detecting device according to each embodiment disclosed this time are exemplifications in all respects and not restrictive. The above-described embodiment can be modified and improved in various forms without departing from the scope and spirit of the appended claims. The matters described in the above plurality of embodiments can have other configurations as long as they do not contradict each other, and can be combined in a range that does not contradict.

各実施形態に係る終点検出方法が使用される被対象膜は、２種類の積層膜に限られず、３種類以上の積層膜であってもよい。また、被対象膜は、２種類又はそれ以上の種類の膜を交互に積層した積層膜であってもよい。また、被対象膜は、積層膜でなく単層膜であってもよい。   The target film for which the endpoint detection method according to each embodiment is used is not limited to the two types of laminated films, and may be three or more types of laminated films. Further, the target film may be a laminated film in which two or more kinds of films are alternately laminated. Further, the target film may be a single layer film instead of the laminated film.

本開示のプラズマ処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。   The plasma processing apparatus of the present disclosure is applicable to any type of Capacitively Coupled Plasma (CCP), Inductively Coupled Plasma (ICP), Radial Line Slot Antenna (RLSA), Electron Cyclotron Resonance Plasma (ECR), and Helicon Wave Plasma (HWP). Is.

本明細書では、基板の一例としてウェハＷを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、FPD(Flat Panel Display)に用いられる各種基板、プリント基板等であっても良い。   In this specification, the wafer W has been described as an example of the substrate. However, the substrate is not limited to this, and may be various substrates used for FPD (Flat Panel Display), a printed circuit board, or the like.

１ プラズマ処理装置
２ 処理容器
３ ステージ
１０ 静電チャック
２０ ガスシャワーヘッド
５０ 発光分析器
５１ 質量分析器
６１ シリコン窒化膜
６２ シリコン酸化膜
６３ カーボン膜
６４ 反射防止膜
６５ 開口
１００ 制御装置
１０１ 記憶部
１０２ 演算部
１０３ 検出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma processing apparatus 2 Processing container 3 Stage 10 Electrostatic chuck 20 Gas shower head 50 Emission analyzer 51 Mass analyzer 61 Silicon nitride film 62 Silicon oxide film 63 Carbon film 64 Antireflection film 65 Opening 100 Control device 101 Storage unit 102 Calculation Unit 103 Detection unit

Claims (9)

基板にプラズマ処理を施す際の終点検出方法であって、
発光分析法により所定の波長の発光スペクトルの信号の変化をモニターする工程と、
質量分析法により所定の成分の質量スペクトルの信号の変化をモニターする工程と、
モニターした前記発光スペクトルの信号の変化と前記質量スペクトルの信号の変化とを用いた演算を行う工程と、
前記演算により算出された信号に基づきプラズマ処理の終点を検出する工程と、
を有する終点検出方法。 A method for detecting an end point when performing plasma processing on a substrate,
Monitoring the change in the signal of the emission spectrum of a predetermined wavelength by emission spectrometry,
Monitoring the change in the signal of the mass spectrum of a given component by mass spectrometry;
Performing a calculation using the change in the monitored emission spectrum signal and the change in the mass spectrum signal,
Detecting the end point of the plasma processing based on the signal calculated by the calculation,
A method for detecting an end point having. ２種類以上の膜が積層された被対象膜が形成されている基板を提供する工程を有する、
請求項１に記載の終点検出方法。 A step of providing a substrate on which a target film in which two or more kinds of films are laminated is formed,
The endpoint detection method according to claim 1. 前記演算は、前記発光スペクトルの信号の変化と前記質量スペクトルの信号の変化との乗算、除算、加算、減算の少なくともいずれかである、
請求項１又は２に記載の終点検出方法。 The calculation is at least one of multiplication, division, addition, and subtraction of a change in the signal of the emission spectrum and a change in the signal of the mass spectrum,
The endpoint detection method according to claim 1. 前記演算により算出された信号とノイズとの比が、第１の閾値以上の場合、プラズマ処理の終点を検出する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の終点検出方法。 When the ratio of the signal and the noise calculated by the calculation is equal to or more than the first threshold value, the end point of the plasma processing is detected,
The endpoint detection method according to claim 1. 前記演算により算出された信号とノイズとの比が、第１の閾値よりも小さく、かつ前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以上の場合、所定時間、基板のプラズマ処理を行った後にプラズマ処理の終点を検出する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の終点検出方法。 When the ratio of the signal and the noise calculated by the calculation is smaller than the first threshold value and equal to or larger than the second threshold value smaller than the first threshold value, after performing the plasma treatment on the substrate for a predetermined time. Detect the end point of plasma processing,
The endpoint detection method according to any one of claims 1 to 4. 前記演算により算出された信号とノイズとの比が、第１の閾値よりも小さい第２の閾値よりも小さい場合、基板のプラズマ処理を停止し、異常終了する、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の終点検出方法。 When the ratio of the signal and the noise calculated by the above calculation is smaller than the second threshold value which is smaller than the first threshold value, the plasma processing of the substrate is stopped and abnormally terminated,
The endpoint detection method according to claim 1. 前記演算により算出された信号とノイズとの比と、予め設定された基準値とを比較してプラズマ処理の終点を検出する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の終点検出方法。 A signal-to-noise ratio calculated by the above operation is compared with a preset reference value to detect the end point of plasma processing.
The endpoint detection method according to claim 1. 前記基準値は、同じ処理ガスを使用したプラズマ処理において過去に終点を検出したときの信号とノイズとの比から設定される、
請求項７に記載の終点検出方法。 The reference value is set from the ratio of the signal and noise when the end point was detected in the past in the plasma processing using the same processing gas,
The endpoint detection method according to claim 7. 基板にプラズマ処理を施す際の所定の波長の発光スペクトルの信号の変化をモニターする発光分析器と、
前記基板にプラズマ処理を施す際の所定の成分の質量スペクトルの信号の変化をモニターする質量分析器と、
モニターした前記発光スペクトルの信号の変化と前記質量スペクトルの信号の変化とを用いた演算を行う演算部と、
前記演算により算出された信号に基づきプラズマ処理の終点を検出する検出部と、
を有する終点検出装置。 An emission analyzer that monitors changes in the signal of the emission spectrum of a predetermined wavelength when performing plasma processing on the substrate,
A mass analyzer for monitoring a change in a signal of a mass spectrum of a predetermined component when performing plasma processing on the substrate,
A calculation unit that performs calculation using the change in the monitored emission spectrum signal and the change in the mass spectrum signal;
A detection unit that detects the end point of the plasma processing based on the signal calculated by the calculation,
An end point detection device having.
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